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School of Engineering

Praxisnah und innovativ – projektbasiertes Lernen an der ZHAW

Von der Idee bis zum gebauten Prototyp. Im Studiengang Maschinentechnik an der ZHAW School of Engineering arbeiten Studierende sehr praxisnah. So lernen sie am Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE), wie sie Pumpenlaufräder digital entwerfen und auslegen können. Danach werden die Prototypen mit einem 3D-Drucker hergestellt und anschliessend getestet. Zur Überprüfung dieser Kenntnisse hat das IEFE eigens einen Prüfstand entwickelt, der auch in der Forschung zum Laufraddesign von Pumpen genutzt wird. So entstehen mit viel Eigeninitiative und kreativen Lösungsansätzen beeindruckende Ergebnisse.

3D-Kreiselpumpe

Ausgehend von einer Idee entwickeln, konstruieren und optimieren Maschinenbauingenieurinnen und -ingenieure Maschinen, Anlagen und technische Systeme. Am Ende steht ein funktionstüchtiger Prototyp. So lernen die Studierenden der ZHAW School of Engineering im Studiengang Maschinentechnik aktuell Getriebe und Zahnräder zu konstruieren und die Herstellungskosten zu optimieren. 

Besonders anspruchsvoll ist die Auslegung von Kreiselpumpen, da die Strömungsberechnungen komplex sind. Um die theoretischen Inhalte praxisnah und spannend zu vermitteln, wurde das Projektmodul im 4. Semester neu konzipiert. Die Studierenden haben nun die Möglichkeit, ihre am Institut für Energiesysteme und Fluid-Engineering (IEFE) erworbenen Kenntnisse in der Fluiddynamik praxisnah und gegenständlich zu vertiefen. 

Nach nur zwei Theorieblöcken arbeiten die Studierenden neu in Gruppen während 12 Wochen an einer Aufgabenstellung. In diesem Jahr ging es um die Entwicklung einer Kreiselpumpe für Regenwasser mit einer Förderhöhe von 35 Metern. Sie berechnen und entwerfen Pumpenlaufräder am Computer und konstruieren diese. Anschliessend stellen sie sie mit einem 3D-Drucker her. Der so entstandene Prototyp wird danach getestet.

Ein Lernprozess, der sich mehr als bewährt hat, wie die Ergebnisse des diesjährigen Moduls zeigten. Nachdem die Kreiselpumpe erfolgreich produziert worden war, stiess die eine Gruppe in der Testphase auf ein unerwartetes Problem: Das Laufrad verformte sich, sprang aus der axialen Verankerung und berührte das Gehäuse. Eine Folge der Axialschubkräfte - ein bekanntes Phänomen im Pumpenbau, wie der Dozent erläuterte. Doch wie lässt sich dieses Problem lösen?

Die Studierenden suchten eine erfolgversprechende Lösung und nahmen nach Diskussion mit dem Dozierenden über mögliche Ursachen direkt am praktischen Werkteil einige kleinere provisorische Änderungen vor, indem sie einige Zusatzbohrungen im Kunststofflaufrad anbrachten. Mit diesem empirischen und pragmatischen Ansatz konnten sie beim nächsten Test bereits erste Verbesserungen im Laufverhalten beobachten. Motiviert von diesem Erfolg folgte eine fundierte, theoretische Auseinandersetzung mit der Thematik. Damit waren sie in der Lage, das Design der Kreiselpumpe zu optimieren und präzise Entlastungsbohrungen zu berechnen. Daraus resultierte ein weiterentwickeltes Modell, das ruhig und effizient lief. Eine Gruppe von Studierenden wurde durch den Erfolg so motiviert, dass sie gleich im Anschluss auch noch eine zweistufige Kreiselpumpe entwickelte (siehe Bild).

Dieses projektbasierte Lernen fördert Eigeninitiative und Verständnis – und führt zu hervorragenden Ergebnissen und Begeisterung für das Studienfach. Für den betreuenden IEFE-Dozenten Markus Weber Sutter ist klar: Wenn nicht (nur) ECTS-Credits zählen, sondern auch viel Herzblut beim praktischen Lernen spürbar ist, dann werden erfolgreiche Ingenieurinnen und Ingenieure ausgebildet, die ihrem Beruf mit Freude und Leidenschaft nachgehen werden.

Studiengang
Bachelor of Science ZHAW in Maschinentechnik, Fach PM4  

Dozent
Prof. Dr. sc. techn. Markus Weber Sutter

Erwähnte Semesterarbeit 2024 und Bilder
David Margreth, Kay Mathis, Josua Müller, Elias Paravicini, Ataberk Sönmez